Принцип дії та короткий опис конструкції

Маятникового копра типу МК-30А

Конструктивнасхема маятникового копра приведена на рис. 2.24. Основними частинами його є станина, молот, механізм зведення та відлікова шкала. Станина копра складається з основи 13 та двох вертикальних стояків 2. У верхню частину стояків установлена вісь маятника. Маятником є – масивний молот 10, підвішений до осі за допомогою жорсткої системи розтяжок. У вирізі молота встановлений стальний загартований ніж 11, що контактує зі зразком 12 при ударі.

На копрі передбачена підйомна рама 8, її можна встановити під різними кутами до горизонту. Ця рама встановлюється у бажане положення опусканням собачки 7 на храповику 6, що змонтовані на стояках. На вільному кінці рами 8 розміщений гачок, на якому маятник утримується у зведеному стані собачкою 9. Щоб виконати випробування, маятник зводиться на кут a і вільно коливається, руйнуючи на шляху зразок. Витративши на руйнування зразка частину запасу енергії, маятник відхиляється на кут β. На осі маятника жорстко закріплений повід 3, який, рухаючись, веде почергово праву стрілку 5, або ліву стрілку 4 і залишає їх у положенні, що фіксує кут зводу і кут злету маятника після зламу зразка.

Шкала відлікового механізму має подвійний ряд поділок, розміщених симетрично відносно нульової мітки, і градуйована в Н∙м. Таким чином, за нею можна визначити запас енергії зведеного маятника і надлишковий запас енергії після зламу зразка. Безпосереднім відніманням цих значень енергій визначається робота, що витрачена на злам зразка.

Рис. 2.24. Схема маятникового копра типу МК-30А

Для погашення коливань маятника після руйнування зразка, копер обладнаний гальмівним пристроєм 1, 14, 15.

Послідовність виконання лабораторної роботи

1. Намалюйте ескіз зразка і виміряйте всі йогорозміри.

2. Установіть зразок на опори копра так, щоб надріз був розміщений симетрично відносно опор і звернений в бік, протилежний удару.

3. Зведіть маятник, а потімзвільніть його із гачка.

4. Після руйнування зразка запишіть покази лівої й правої стрілок відлікового механізму.

5. Обчисліть роботу руйнування, площу поперечного перерізу зразка в зоні руйнування і відносну ударну в’язкість за формулою (2.48).

6. Запишіть висновки за результатами виконання лабораторної роботи.

Контрольні запитання до лабораторної роботи

1. Для чого проводяться дослідження на ударне згинання?

2. Яку роль має надріз у зразках, що випробовуються?

3. Яким чином визначається кількість роботи, що витрачена на руйнування зразка?

4. Як враховується значення ударної в’язкості в проектуванні конструктивних елементів?

5. Приведіть приклади виникнення ударного згинання у будівництві. Які умови виникнення ударного згинання?

6. Як розвиваються тріщини при ударному згинанні?

7. Опишіть конструкцію маятникового копра МК-30А та принцип його роботи.

8. Розкажіть про порядок експериментального визначення ударної в’язкості сталі.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №14

ВИПРОБУВАННЯ СТАЛЕВОГО ЗРАЗКА НА КРУЧЕННЯ

ТА ВИЗНАЧЕННЯ МОДУЛЯ ЗСУВУ

Мета роботи: дослідити та перевірити пропорційну залежність між навантаженням та деформацією при крученні сталевого зразка у межах дії закону Гука, експериментально визначити модуль пружності другого роду (модуль зсуву) та порівняти його значення із теоретичним .

Обладнання: машина КМ-50, сталевий зразок.

Загальні відомості

В будівельній та інженерній практиці деформація кручення часто зустрічається в елементах просторових конструкцій, витках пружин, валах тощо. Розрахунок на міцність та жорсткість при крученні потребує визначення фізико-механічних властивостей матеріалів, що використовуються. Для цього проводяться випробування на кручення зразків у вигляді довгих стрижнів.

Кручення стрижнів відбувається в умовах пропорційної залежності між навантаженням – крутним моментом , та переміщенням – кутом закручування . При цьому крутний момент змінюється від нуля до деякого значення, що відповідає значенню дотичного напруження пропорційності . У цьому випадку кут закручування зразка визначається за законом Гука:

, (2.49)

де l - довжина стрижня, - полярний момент інерції; G - модуль зсуву.

При подальшому збільшенні навантаження пропорційна залежність (2.49) між навантаженням та переміщенням порушується, спостерігається швидке збільшення кута закручування при відносно повільному збільшенні крутного моменту (рис. 2.25, а). Руйнування сталевих зразків відбувається по перерізах, перпендикулярних до осі, без утворення шийки від максимальних дотичних напружень, чавунні зразки руйнуються від нормальних (головних розтягуючих) напружень по площинах під кутом 45° до осі. Отже руйнування при крученні відбувається внаслідок зсуву або розтягування (відриву). При крученні чавунного зразка пропорційна залежність між крутним моментом та кутом закручування не спостерігається (рис. 2.25, б). Зразок руйнується від дії максимальних нормальних напружень.

Рис. 2.25. Діаграми кручення срижнів зі сталі (а) та чавуну (б)

Дослідження діаграм M_k – j дозволяє визначити такі механічні характеристики для сталі:

· границю пропорційності t _пц:

; (2.50)

 

· максимальне напруження t _max:

; (2.51)

для чавуну:

· максимальне напруження t _max:

, (2.52)

де W _r - полярний момент інерції перерізу стрижня.

Для перевірки справедливості закону Гука крутний момент збільшується рівними кроками, кут закручування при цьому має однакові прирости.

Експериментальне значення модуля пружності при зсуві G_експ визначається із (2.29) за формулою:

, (2.53)

де - середнє значення приросту крутного моменту; - середнє значення приросту кута закручування; l ₀ - довжина робочої частини зразка.

Для випробування металів на кручення використовуються зразки у вигляді круглих стрижнів. Діаметр перерізу d ₀ робочої частини стрижня дорівнює 10‍мм, а довжина l ₀ робочої частини - 100‍мм.